面向緊急數(shù)據(jù)的異步多信道工業(yè)無線網(wǎng)絡調度方法.pdf

1、工業(yè)無線網(wǎng)絡是由無線傳感器、控制器、執(zhí)行器、通信中繼和網(wǎng)關等設備構成能夠自主地完成工業(yè)生產以及測控任務的無線傳感器網(wǎng)絡，具有低成本、易維護、高靈活等優(yōu)點，已成為工業(yè)測控和無線領域新的研究熱點，具有廣闊的應用前景。工業(yè)應用中存在大量優(yōu)先級不同的緊急數(shù)據(jù)，緊急數(shù)據(jù)要求苛刻的硬實時和高可靠性能，超過緊急數(shù)據(jù)的延時上限，會導致系統(tǒng)不穩(wěn)定，帶來經濟損失，甚至危害人身安全。針對上述應用背景和需求，本文面向工業(yè)場景中的緊急數(shù)據(jù)，研究其調度方法，主要貢

2、獻總結為以下幾個方面：
　　1）概述了工業(yè)無線網(wǎng)絡以及網(wǎng)絡中無線傳感器節(jié)點的結構，闡述了工業(yè)無線網(wǎng)絡的優(yōu)點；介紹了無線傳感器網(wǎng)絡傳輸調度問題以及工業(yè)自動化應用中數(shù)據(jù)分類；分析了面向工業(yè)緊急數(shù)據(jù)的無線資源調度方法的國內外研究現(xiàn)狀以及存在的問題。
　　2）講述了啤酒罐裝生產線的工作流程；闡述了有線啤酒灌裝生產線的設計與實現(xiàn)，具體包括系統(tǒng)總體設計、執(zhí)行設備以及設備上傳感器的選型與使用情況以及PLC控制系統(tǒng)的具體設計，并剖析了有線P

3、LC控制系統(tǒng)的缺陷；設計和實現(xiàn)了基于無線傳感器網(wǎng)絡的啤酒灌裝生產線系統(tǒng)，具體包括系統(tǒng)總體設計以及系統(tǒng)中的無線節(jié)點、接入點和網(wǎng)關的的介紹，使用無線模塊替換有線傳感器，并加入接入點和網(wǎng)關，構成一個工業(yè)無線網(wǎng)絡系統(tǒng)；給出了系統(tǒng)的整體實現(xiàn)圖，并對比分析了PLC有線控制系統(tǒng)和工業(yè)無線網(wǎng)絡在灌裝生產線系統(tǒng)中的調度問題。
　　3）針對現(xiàn)有 TDMA調度方法在面對異步多信道條件下工業(yè)緊急數(shù)據(jù)調度時表現(xiàn)出的時延大、控制信道飽和、能耗過高等問題，提出

4、一種異步多信道工業(yè)無線網(wǎng)絡調度方法——EOAM（Emergency data scheduling algorithm Oriented Asynchronous Multi-channel IWSNs），采用基于接收端的策略，解決了異步多信道調度中存在的控制信道飽和問題；采用特殊信道結合優(yōu)先級指示的方法保證緊急數(shù)據(jù)快速切換信道進行實時傳輸?shù)耐瑫r，允許非緊急數(shù)據(jù)基于優(yōu)先級指示標志采用退避機制占用信道，保證了特殊信道的利用率。該方法既適用

5、于單播通信，也適用于廣播通信。
　　4）對啤酒生產線系統(tǒng)中的信號時序以及信號特征進行了分析，得出其兩種類型的緊急數(shù)據(jù)，然后針對解決這兩種類型的緊急數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸問題，將本文提出的EOAM算法在啤酒生產線無線監(jiān)控系統(tǒng)中實現(xiàn)，并與分布式多信道控制算法DCA（Distributed Control Algorithm）在實時性、可靠性以及能量消耗方面的進行比較。實驗結果表明，EOAM算法具有較好的網(wǎng)絡性能，其不可預測的緊急數(shù)據(jù)傳輸延時最